1. 하수처리시설에서 슬러지 흐름이 중요한 이유
하수처리시설은 단순히 오수를 깨끗하게 만드는 장소가 아닙니다.
물리적·화학적·생물학적 처리를 복합적으로 수행하는 복잡한 시스템이며,
이 과정에서 발생하는 슬러지(Sludge)의 관리와 순환은 공정 안정성과 수질에 직결됩니다.
그중에서도 내부반송(Internal Return)과 외부반송(External Return)은 슬러지 흐름을 제어하는 핵심 운영 전략입니다.
두 방식은 모두 ‘슬러지를 다시 이동시킨다’는 점에서는 같지만, 목적과 방향, 그리고 최종 효과는 전혀 다릅니다.
2. 내부반송(Internal Return)
2.1 정의
내부반송이란, 하수처리시설 내부에서 발생한 슬러지를 다시 전처리·생물반응조 등 앞단 공정으로 되돌려보내는 과정을 말합니다.
2.2 반송슬러지(Return Activated Sludge, RAS)
- 최종 침전지에서 가라앉은 활성슬러지 중 일부를 폭기조(Aeration Tank)로 다시 보내는 과정.
- RAS는 내부반송의 전형적인 사례로, 활성슬러지 공법에서 필수적입니다.
2.3 내부반송의 목적
- 미생물 유지: 생물반응조 내 MLSS(혼합액 부유물질) 농도를 일정 수준 유지.
- 질소·인 제거 효율: 내부 순환 구조를 활용해 탈질·탈인 반응을 보조.
- 공정 안정성: 유입수 성상 변화에도 반응조의 미생물 집단을 안정적으로 유지.
2.4 내부반송 비율
- 일반적으로 유입 유량의 25~100% 수준으로 조정.
- 너무 적으면 미생물이 부족해지고, 너무 많으면 반응조 내 유입수 희석 → 처리효율 저하.
- 최적 비율은 유입수 BOD, MLSS, 슬러지 침강성(SVI)에 따라 결정.
2.5 현장 운영 팁
- DO(용존산소) 모니터링: 내부반송 속도가 높을수록 산소 요구량이 증가.
- 침강성 체크: 슬러지가 잘 가라앉지 않으면 RAS 비율을 조정해야 함.
- 센서 활용: 초음파 유량계·MLSS 센서 등을 통해 실시간 반송량 확인.
3. 외부반송(External Return)
3.1 정의
외부반송이란 시설 내부에서 발생한 슬러지를 외부 처리계통(농축조·소화조·탈수기 등)으로 이송하는 것을 의미합니다.
3.2 잉여슬러지(Waste Activated Sludge, WAS)
- 최종 침전지에서 가라앉은 슬러지 중, 내부반송으로 재활용되지 않는 과잉 부분을 외부로 이송.
- WAS는 궁극적으로 탈수·소각·퇴비화 등 최종 처리 과정을 거쳐야 합니다.
3.3 외부반송의 목적
- 슬러지 과잉 억제: MLSS가 과도하게 축적되지 않도록 제거.
- SRT(슬러지 체류시간) 관리: 적절한 미생물 수명 유지.
- 최종 처리: 소화조 → 탈수 → 처리장 외부 반출.
3.4 외부반송의 비율
- 유입 유량 대비 0.5~2% 수준으로 비교적 적음.
- 그러나 슬러지 발생량, 공정 부하, 계절적 요인에 따라 크게 변동 가능.
3.5 현장 운영 팁
- TSS(부유물질) 관리: 슬러지 농도와 수분 함량을 주기적으로 체크.
- 소화조 연계: 외부반송량이 많아지면 소화조 부하 증가 → 가스 발생량·소화 효율에 영향.
- 탈수기 상태 확인: 과도한 외부반송은 탈수기 과부하와 유지관리 비용 증가를 초래.
4. 내부반송과 외부반송의 차이
| 구분 | 내부반송 (Internal Return) | 외부반송 (External Return) |
| 방향 | 시설 내부 → 반응조로 재순환 | 시설 내부 → 외부 처리계통 |
| 대표 사례 | RAS (반송슬러지) | WAS (잉여슬러지) |
| 목적 | 미생물 유지, 공정 안정성 확보 | 과잉 슬러지 제거, 최종 처리 |
| 비율 | 유입량의 25~100% | 유입량의 0.5~2% |
| 공정 영향 | 반응조 MLSS·DO에 직접 영향 | 슬러지 처리계통 부하에 영향 |
5. 법적·제도적 측면
5.1 하수도법
- 슬러지 처리·처분에 관한 기본 규정 포함.
- 반송·외부 이송 과정에서 발생하는 위법행위(무단 방류, 불법 매립)는 처벌 대상.
5.2 물환경보전법
- 공공폐수처리시설의 경우 TMS(원격감시체계)와 연동하여 반송·외부반송 현황을 모니터링.
- 불법 배출 시 과태료 또는 형사처벌.
5.3 지자체 조례
- 슬러지 운반, 최종처분 기준은 지자체 조례에 의해 추가 규정될 수 있음.
6. 실제 현장 사례
제가 근무하는 공공폐수처리시설에서는 수평류 침사지 → 유량조정조 → 생물반응조 → 최종침전지 순으로 처리합니다.
- 최종 침전지에서 가라앉은 슬러지의 약 70%는 내부반송(RAS)으로 돌려 폭기조로 되보냅니다.
- 나머지 약 30%는 외부반송(WAS)으로 빼내어 농축조 → 탈수기 → 압롤박스에 담아 외부 위탁 처리합니다.
내부반송을 줄이면 단기적으로는 전력 소모는 줄지만, MLSS가 급격히 낮아져 처리 효율이 떨어집니다.
외부반송을 게을리하면 슬러지가 축적되어 반응조가 ‘슬러지 벌킹(Bulking)’에 빠져 공정 전체가 불안정해집니다.
7. 내부반송·외부반송 운영의 최신 트렌드
7.1 자동화 시스템
유량계·MLSS 센서·DO 센서와 연계한 자동 반송제어.
운영자의 경험 의존도를 줄이고 안정성 확보.
7.2 AI 기반 제어
최근에는 AI 모델이 유입수질, 기상데이터, 과거 운영기록을 바탕으로 최적 반송률을 자동 산정.
7.3 에너지 최적화
내부반송은 블로워 전력, 외부반송은 탈수기 전력과 직결.
슬러지 처리비용 절감을 위해 최적 균형점 탐색이 중요.
8. 내부반송과 외부반송의 균형이 공정 안정성을 좌우한다
하수처리시설에서 내부반송과 외부반송은 단순한 슬러지 이동이 아닙니다.
- 내부반송은 미생물 생태계 유지를,
- 외부반송은 최종 처리 안정성을 책임집니다.
이 두 가지가 균형을 이룰 때, 시설은 안정적으로 운영되고, 수질 기준을 충족하며, 슬러지 처리 비용까지 최소화할 수 있습니다.
내부반송과 외부반송은 하수처리시설의 ‘숨은 심장박동이라 할 수 있습니다.
9. 현장 이야기
보시는 사진은 내부반송펌프 설치 사진입니다.
내부반송펌프는 물속에 설치되어 있으며 호기조에서 무산소조로 물을 반송시키는 역할을 합니다.
내부반송펌프 유량은 유입량 대비 30%정도 공정에서 물량에 따라 조절하고 있습니다.
물속에 있어서 인양하기도 어렵습니다.
하지만 공정관리에 영향을 주기 때문에 절연저항측정을 통해 유지관리를 하고 있습니다.